说起混合动力汽车就不得不提到两田，但作为日本车企三强之一的日产则一直没有在中国推出自己的混动系统。不过今年下半年，日产将在中国推出自己的混动系统e-POWER。
e-POWER的原理其实很简单，它直接采用了增程式电动车的串联混动架构，可以认为是非插电版的理想ONE，或者是取消了发动机直驱的本田i-MMD。
在各式各样混合动力系统各放异彩的今天，日产反其道行之，将混合动力的技术重点全部放在了发动机上。
今年年初，日产宣布已在发动机效能方面取得了突破性进展，公布了下一代e-Power动力系统的技术路线，发动机热效率将升至50%！
今天就跟着几何君来了解一下，50%热效率的发动机是如何实现的？
任何技术的发展都离不开基础理论的研究，对于采用奥托循环或者是阿特金森循环和米勒循环这样的类奥托循环内燃机来说，它的理论热效率仅与气缸的压缩比ε和工质的比热容比γ有关。
气缸的压缩比越高，热效率也就越高，工质的比热容比越高热效率也越高。所以为了提高内燃机的热效率，我们就应该把工作的重点放在这两件事情上。
我们先说压缩比，压缩比表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。一般的汽油发动机为了照顾低转速扭矩以及高转速，不会把压缩比做得很大。当活塞运动至气缸最底部时，气缸内依然有一定的压力无法被利用，这部分的能量就会随着汽缸的排气门排出，白白浪费掉了。
而对于混动专用发动机来说，车辆低速或者是在全速阈都由电机驱动，不用考虑低转速扭矩，因此气缸的压缩比，也就是活塞的行程就可以做得比较长，充分利用气缸内部汽油燃烧后产生的压力，热效率自然就上来了。
提高压缩比其实很简单，但是高压缩比带来的问题就是，缸内压强过大容易将油气提前引燃，导致爆震或敲缸。解决的方式有以下几种：
一是采用提前或晚关进气门的米勒循环，提前或晚关进气门使得进入气缸内的空气减少，在气缸压缩时，缸内的压强也就降低了。
二是需要提高滚流比，让空气和汽油尽量充分混合，否则局部汽油浓度过大也容易引发爆震，这就需要加强气缸内的气流流动，也就是让滚流来充分“搅拌”油气混合物。同时滚流比的提高也增大了活塞压缩末期湍流的强度，点火后火焰传播速度加快，持续燃烧期缩短，放热率提高，从而提高发动机热效率。
为了提高滚流比，一般来说可以通过增压，优化气缸程径比，以及增大进排气歧管的夹角的方式。无独有偶，41%热效率的丰田混动dynamic force发动机也采用了这项技术。
第三就是采用低温EGR技术，也就是废气再循环。将排出的一部分废气冷却后，与新鲜空气混合在一起送入气缸。废气的加入稀释了原来混合气中的氧浓度，从而使燃烧更加困难，也减少了爆震发生的可能性。氧气含量的减少也使燃烧能够更加平稳，热效率也就自然被提高了。
除了上面说的一些方法，还有其他的方式可以继续提高发动机热效率，比如降低发动机摩擦以及泵气损失。
发动机的摩擦分为机械摩擦和附件摩擦，其中机械摩擦又分为活塞系，连杆系，曲轴系和阀系，附件摩擦分为内部的机油泵，燃油泵和相应的传动结构，以及外部的风扇，空调压缩机，水泵等等。
发动机的机械摩擦可以通过提高加工精度，采用镀膜等表面处理技术，减轻内部连杆结构的质量以及结构优化等等方式来减轻。附件摩擦方面，内部附件我们动不了，一动发动机的结构就得大改，外部的附件则可以从发动机上拿下来改为电驱动，虽然是一种左手倒右手的操作，但是可以取消发动机上的轮系，从而降低了摩擦。
接下来是降低泵气损失，泵气损失是指内燃机换气过程中克服进气道阻力所消耗的功和克服排气道阻力所消耗的功的代数和，主要是由于活塞在向下运动吸气的过程中，尤其是在油门开度不大，节气门微微开启的时候，会在节气门和活塞之间的进气道内产生真空，对活塞产生一个反作用力，消耗能量。
降低泵气损失就是想办法让进气过程更加顺畅。可以通过进排气门早开或晚关的方式，延长进排气门开启的时间，甚至可以设置一个进气门和排气门同时开启的这样一个时机，来减小泵气损失。不过对于混动专用发动机来说，一般都工作在热效率较高的区间，节气门开度比较大，因此相对于一般发动机而言，泵气损失就大大减小了。
通过以上的这些方法，就可以把发动机的热效率由主流的38%左右提高至43%，比亚迪的骁云1.5L混动专用发动机43%热效率也是通过一样的路径去实现的。
如果想要继续提高热效率，光靠提高压缩比是不够了，这时候就需要提高缸内混合气体的比热容比。
我们知道比热容的意思物质提高温度所需热量的能力，一般指在同等压力的环境下的比热，叫定压比热，而在等体积条件下的比热称为定容比热。
比热容比就是定压比热和定容比热之间的比值。空气的比热容比是1.4，汽油的比热容比是1，废气的比热容比是1.3，所以如果空气、废气的占比越高，汽油的占比越小，比热容比的数值就越高。所以为了继续提高发动机热效率，我们一方面需要提高空气和汽油的比例，也是就是空燃比，另一方面需要增加废气的比例，也就是进一步提高EGR率。
但是问题来了，如何在汽油如此稀薄的情况下稳定的将其点燃呢？
为此，日产开发了一种名为“STARC”的点火方式，全称为Strong Tumble and Appropriately stretched robust ignition channel，意思是高滚流比和适当拉伸的高能点火通道，是不是觉得一脸懵逼，下面几何君就来给大家解释一下。
高滚流比上面我们讲过，滚流比越大说明燃烧效果越好，发动机的热效率自然也就越高。除此之外，高滚流比还有一个作用，就是可以让火花塞点火时产生的电弧发生偏转，从而将电弧适当拉伸，形成一个C字形高能点火通道，产生足够大的火焰核去点燃稀薄的油气混合物，STARC高滚流比和适当拉伸的高能点火通道这个名字就是这么来的。
不过滚流的强度得恰到好处，滚流强度过低导致电弧长度不够，形成不了足够大的火焰核，滚流强度过高则会把电弧“吹断”，造成不完全燃烧。因此如何控制滚流的强度和维持滚流的稳定就十分关键了。
为此，日产改变了气缸的形状，让滚流能够在活塞运动时保持在相对稳定的位置，同时还在火花塞附近挖了一个小坑，能够修正滚流方向，让滚流直对着火花塞的电极。
日产通过实验发现，采用STARC点火技术对发动机热效率的提升是非常显著的。在30%EGR率的情况下，采用STARC点火技术可以让热效率从40%提升至43%，此时再加上超过两倍理想空燃比的稀薄燃烧技术，热效率可以继续提升至46%。如果再加上废热回收技术，通过优化混动专用发动机的工作点，最高热效率可以达到50%！
不过值得注意的是，日产公布的“50%热效率发动机”并不是实物，只是在实验室里测出的技术可行性，什么时候装车上市根本还没有计划，量产的时候可能还要做进一步妥协，到时候是否真的能达到50%热效率还是要打一个问号。
